中國科學(xué)院院士、半導(dǎo)體物理和器件專家 褚君浩先生的

　　第三屆中國（無錫）國際新能源大會暨展覽會將于2011年11月3至5日在江蘇無錫隆重舉行。本屆大會以“突破與整合”為主題，總體活動由新能源大會和太陽能展會兩個部分組成。

　　以下是中國科學(xué)院院士、半導(dǎo)體物理和器件專家褚君浩先生的發(fā)言實(shí)錄：

　　各位領(lǐng)導(dǎo)、各位企業(yè)家、各位專家，我和大家交流一下太陽能技術(shù)發(fā)展的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

　　主要三個方面的問題。一個是能源與環(huán)境問題，第二是太陽能光伏電池發(fā)展的情況，第三是轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的機(jī)遇。

　　現(xiàn)在能源與環(huán)境是人類今后五十年所面臨十個問題中的兩個，其他還有貧困、戰(zhàn)爭、民族等等，其中能源與環(huán)境是非常重要的兩個問題。過去一百年我們可以看到，地球人口增加，溫度上升，二氧化碳增加，而且都是發(fā)生在最近這一百年。我們看到在北極，發(fā)現(xiàn)了有及個小熊的骨骼殘骸，這個小熊被大的北極熊吃掉了，以前大熊是靠在冰上打一個洞抓魚，現(xiàn)在北冰洋很多冰都化了，沒有魚可以打了，就出現(xiàn)了大熊吃小熊的殘酷局面。這是格陵蘭島，我們可以看到，這個冰都是化的比較多，如果格陵蘭島的冰全部化掉的話，那么地球的海平面將要上漲7.2米，這樣一個數(shù)字有人不太相信，曾經(jīng)專門做過計算，算了以后的確是這樣一個數(shù)字。如果說北冰洋的冰全部化了以后，地球要上升幾十米，這個圖是華東師范大學(xué)地理系做的一個圖，也就是說，如果海平面上升50米，會發(fā)生什么情況，整個山東省就剩下了兩個島，上海和無錫都在水里面，所以情況是非常嚴(yán)峻的，我也教華東師范大學(xué)地理系的老師們做了一張如果上升一米怎么樣，上升三米怎么樣，上升八米怎么樣，都是非常驚險的情況。所以我們現(xiàn)在要發(fā)展低碳技術(shù)。

　　這個低碳技術(shù)包括了減碳、無碳和去碳三個方面。可再生能源中太陽能是非常重要的一個方面。現(xiàn)在地球上的化石能源包括核能，實(shí)際上他們都是非常有限的，大家可以從這個圖上看 ，也就是幾十年，一兩百年的歷史，只有太陽能是無限的，所以人類對太陽能利用的需求是永恒的。過去是間接的利用，到現(xiàn)在來說，我們可以說，人類對太陽能的直接利用，這將是一個永恒的主題，也就是說我們從事太陽能事業(yè)的科研、教學(xué)、產(chǎn)業(yè)，都是一件非常永恒的重要的事業(yè)。太陽能到地球表面會還剩下70%的能量，算到地球上，如果算一個平米一年就是1662度電，如果算到這個圖，這是說明世界上每個地方，一天一個平米大概有幾度電的能量，我們中國地區(qū)一般是四到五度電。這是什么概念呢，如果說有十個平米，那么能量就是40度電，如果說我們太陽能電池的效率是10%，我們就可以得到四度電，如果四度電的概念可以供一戶人家利用。如果太陽能電池的效率是20%，那就不要十個平米，只要五個平米，五個平米的概念就是只要我們在陽臺邊上，加上一部分的墻就可以供一家人的需求。所以，也有人做過計算，我們中國的荒漠地區(qū)很多，如果把中國的荒漠地區(qū)的10%的土地拿出來，放上10%的太陽能電池，就可以夠我們中國一年的能源需求。太陽能光伏電池技術(shù)的發(fā)展，就是PN結(jié)光伏效應(yīng)，光生電子，空穴對在空間中電荷層被電場分開，并貢獻(xiàn)光電流。我們產(chǎn)生的電是兩種用途，一個是直接推動我們的用電器，也可以送到我們的電網(wǎng)中去，如果直接送到用電器當(dāng)中，我們現(xiàn)在的冰箱、電視機(jī)，實(shí)際上都是把220伏的電交流，變到低電壓，再開動我們的機(jī)器，我們需要發(fā)展一種新的電器，這些電器是直接用太陽能電池的直流電供給的。這個也是一個未來發(fā)展的趨勢，既可以插220伏的交流電，也可以直接用直流電。當(dāng)然另一種是把電通過逆變器送到電網(wǎng)中，這是一個更加重要的，而且是可以比較普遍的形式。現(xiàn)在送到網(wǎng)里面去，要解決逆變器里面跟網(wǎng)的匹配問題，現(xiàn)在電網(wǎng)也說，你們這個太陽能電、風(fēng)電都是垃圾電，剛才趙參事說現(xiàn)在還有一些機(jī)制上的障礙，就是電力企業(yè)不喜歡你們的電，他們的理由就是你們的太陽能電和風(fēng)電是垃圾電，我們有一次到山東去看，風(fēng)很好，但是風(fēng)電不能送進(jìn)去，為什么？電力部門說，我們這個火電還用不光，你這個風(fēng)電還來干什么，會影響到他們的部門利益。所以我們一分析是上網(wǎng)電價，還有部門利益的調(diào)整問題。是不是太陽能電和風(fēng)電是垃圾電呢，這個一方面需要逆變器有很好的水平，另外需要有智能電網(wǎng)的調(diào)控。現(xiàn)在這張表格是比較早的，2007年，中國的產(chǎn)量那時候是三分之一左右，但是中國的市場是千分之一點(diǎn)七，這個情況到了現(xiàn)在并沒有改變，剛才趙主任的報告中也說了，這個是中國的產(chǎn)量，也是很多，占了非常大的部分，但是應(yīng)用，中國一直到2010年，這個應(yīng)用還是小，我們只能在這個下面找到一點(diǎn)點(diǎn)，上面都是歐洲。所以我們是生產(chǎn)的大國，應(yīng)用的小國。現(xiàn)在只有2%的應(yīng)用，產(chǎn)量占到50%左右。這個就需要我們國家在應(yīng)用方面促進(jìn)我們應(yīng)用市場的開發(fā)。現(xiàn)在上網(wǎng)電價是一個很好的趨勢，但是還要解決一系列操作層面上的問題。

　　太陽能電池從技術(shù)上來分可以分為三類，一個是硅基，一個是化合物，一個是新材料的。硅基有單晶硅的，有多晶硅的，第二代光伏電池是薄膜，第三代光伏電池是薄膜為主，高效率，低成本，燃料敏化，寬光譜、疊層多結(jié)、量子點(diǎn)、納米等。將來預(yù)測薄膜電池會逐漸擴(kuò)大比例，晶硅電池會從90逐步退到70%多，這個主要原因一方面是百分比增加，另一方面薄膜電池在一步一步發(fā)展。而且未來不同電池所占的比例，有這樣一個圖，我們有一個概念，就是各類電池，以晶硅為主，但是各類電池共存，有各種不同的用途，在不同的場合下利用不同類型的電池。將來能量回收期，現(xiàn)在社會說有一個概念，說你們太陽能電池將來到的電很多，得到的電很少，這實(shí)際上是一個誤解，我們能量回收期就是一年左右，我們造太陽能電池所用的電，能在一年半到兩年中就可以回收，或者一年中就可以回收，而且一個太陽能電池可以用25年左右，甚至30年。現(xiàn)在的情況是各類電池實(shí)驗(yàn)室的效率在不斷提高，大面積產(chǎn)業(yè)化的效率是低于實(shí)驗(yàn)室效率，但是這個差距正在逐步逐步的縮短。實(shí)驗(yàn)室的效率，整個效率都還有上升的空間，他們并不是到現(xiàn)在這個效率就終止了，這個上面三條缺陷，彎的曲線是理論方面的效率，下面的點(diǎn)是我們實(shí)際達(dá)到的效率，這個豎的線是表示差距，正因?yàn)槲覀冇羞@個豎線存在，所以我們現(xiàn)在迫切需要提升我們的技術(shù)水平，如果這個豎線已經(jīng)是零了，也就是說我們技術(shù)問題已經(jīng)解決了。我們現(xiàn)在還有這些豎線存在，所以我們的技術(shù)還有上升的余地，可以縮短這條豎的線，反過來，我們需要產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，解決提升這個電池的技術(shù)水平。這個三類電池是這樣一個情況，以晶體硅為代表的第一代太陽能電池正在蓬勃發(fā)展，占據(jù)太陽能電池總量的90%，并且技術(shù)有上升的空間。為什么還是硅材料為主呢，因?yàn)楣璨牧嫌袃?yōu)勢，非常穩(wěn)定，是上帝給人類最好的禮物之一。晶體硅電池中，成本70%，或者60%是硅材料，所以如果說我們降低硅材料的成本，那我們可以降低硅電池的成本，那么降低硅的成本現(xiàn)在有兩個方法，一個是繼續(xù)降低化學(xué)方法來制備多晶硅技術(shù)，另外一個是發(fā)展物理方法來提純多晶硅，物理方法提純的多晶硅，幾年前市場上占有的量是零，現(xiàn)在他所占有的量是10%左右。在我們太陽能中心，還有一個小組是做小錠，也是物理方法提純，做的效果也很好，做了300多片的，平均效率16.23%，現(xiàn)在我們國內(nèi)有好多利用物理方法進(jìn)行提純多晶硅材料的公司，有些也已經(jīng)在電池上得到應(yīng)用，無論是浙江、遼寧，不同的省份都有這樣一些例子。另外一個方面是把硅基太陽能電池技術(shù)提高，這里介紹了很多。現(xiàn)在一個非常重要的目標(biāo)是希望能夠突破20%的效率，這個是完全可能的，現(xiàn)在陸續(xù)有很多公司，國際國內(nèi)，他們的效率可以達(dá)到20%以上。這是現(xiàn)在一個很大的目標(biāo)，另外還要加強(qiáng)研發(fā)，比如這個例子，是在多晶硅電池表面涂一層納米硅，可以提升效率。這就說明硅基電池還有效率上升的空間。

　　第二個是薄膜電池，這類電池是可以產(chǎn)業(yè)化的，但是在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化中有很多的技術(shù)問題，有不同的工藝路線，設(shè)備問題、工藝問題，以及材料器件物理問題都要研究和發(fā)展。這是三類薄膜電池，這三類薄膜電池，比如硅薄膜電池，最近碰到一些發(fā)展中的阻礙，尤其是非晶硅電池，最近發(fā)展的不是太好，現(xiàn)在對硅薄膜電池的研究非常熱門，都在進(jìn)行研發(fā)，據(jù)我所知，雖然尚德硅薄膜電池不生產(chǎn)了，但是研發(fā)工作還在進(jìn)行，希望進(jìn)一步搞起來。如果碲化鎘太陽能電池價格降到每挖一美元，全年日照是1600小時一年，對于這樣的區(qū)域，如果一瓦是七毛七美分，一度電算下來就是2.5美分，這也說明，在價格說是非常有競爭力的。對于有2000小時的地區(qū)，一度電是兩美分。

　　第三代電池是新材料新概念新結(jié)構(gòu)新工藝的新型太陽能電池，其中包括燃料敏化太陽電池，寬光譜多結(jié)太陽能電池，有機(jī)太陽能電池，納米結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)太陽電池等等，我們需要產(chǎn)學(xué)研的結(jié)合，研發(fā)這類的電池。燃料敏化，這個不是PN結(jié)的原理，工藝比較簡單，這樣的電池好幾個研究所都在制備，其中一個等離子技術(shù)所，他們04年就做了一個，有人認(rèn)為染料電池不穩(wěn)定，他有液體在里面，現(xiàn)在希望尋找固態(tài)電解質(zhì)，制備更加穩(wěn)定的電池。現(xiàn)在也有人考慮，不是染料敏化二氧化碳，而是用染料敏化量子線，現(xiàn)在學(xué)術(shù)思想非常豐富，技術(shù)也非常奧妙。還有一大類是寬光譜的，這是非常重要的一類電池，他這個是利用太陽光在不同光譜里面的不同顏色，如果都轉(zhuǎn)化為電，效率就會提高，現(xiàn)在就在找好多材料，這些材料敏感不同顏色的太陽光，這樣就找到很多不同組合的材料，做成多極電池，感應(yīng)不同波段的太陽光，效率可以提高很到。現(xiàn)在有很多理論方面的工作，他的效率可以提高到40、50，甚至70，美國很多單位都在做這個方面的理論研究工作。還有中間帶隙太陽能電池。如果用這種寬光譜的電池做好，因?yàn)樗某杀颈容^貴，就不合算了，這時候就做成小面積，然后用聚光，聚在一個下的面積上，這個小的面積上放上我們寬光譜的電池，這個現(xiàn)在是非常熱門的方面，而且在青海有一個示范電站。這個方面現(xiàn)在有很多新的研究，量子點(diǎn)太陽能電池。當(dāng)然，里面有很多的科學(xué)問題需要研究。

　　現(xiàn)在是轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的機(jī)遇，這些都是很好的應(yīng)用，這是太陽能飛機(jī)，太陽能飛機(jī)能夠用的話，那么將來太陽能汽車就可以用。現(xiàn)在我們處于第三次產(chǎn)業(yè)革命結(jié)束，第四次產(chǎn)業(yè)革命開始的時候，謝謝大家。